Measurement of Total Energy in Accelerated Particles and Solution to Injection Problem in Supernova Remnants

加速粒子总能量的测量及超新星遗迹注入问题的解决

• 批准号: 19H01936
• 负责人: 田中 孝明
• 金额: $ 8.24万
• 依托单位: Konan University (2021-2023)Kyoto University (2019-2020)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H01936/
• 关键词: 宇宙線; 超新星残骸; 粒子加速; X線天文学; ガンマ線天文学; 宇宙線加速; X線天文; X線

超新星残骸では爆発噴出物が星間空間の音速を超える速度で広がるため衝撃波が形成される。そこでは、衝撃波加速機構により粒子が加速され、宇宙線が生成されていると理論的に予測されており、また、近年の観測により、実際にその証拠が得られつつある。これまで、観測から得られている情報は、比較的エネルギーの高い相対論的粒子の情報に限定されていた。本研究では、衝撃波で加速されたばかりの、より低いエネルギーを持つ準相対論的粒子に注目し、そのような粒子からの放射を探査し、個々の超新星残骸が加速している宇宙線の総量や、粒子が衝撃波加速に注入される過程を明らかにすることを目的とする。本年も前年度までに引き続き、X線天文衛星のデータを用いて、準相対論的粒子が放射する中性鉄輝線と非熱的聖堂補瀉の探査を実施した。結果として、検出には成功しなかったものの、シンクロトロン放射成分や熱的放射成分について、成果を得ることができ、それらを論文としてまとめ、出版した。また、これまでに得られている成果を、国際会議 (招待講演) や、日本天文学会にて、発表した。今後の中性鉄輝線探査に向けては打ち上げを控えたXRISM衛星による観測で得られる成果について見積もりを進め、観測計画の立案を行った。非熱的制動放射については10 keVを超える硬X線帯域の高感度観測が必須である。本研究によって既存のNuSTAR衛星では感度が不足していることが判明しており、今年度はNuSTAR衛星を超える感度を実現するためのセンサ開発に向けた準備を行った。

在超新星遗迹中，爆炸喷射物在星际空间中以超过声速的速度扩散时会形成冲击波。理论上预测，粒子在那里通过冲击波加速机制加速并产生宇宙射线，最近的观测为此提供了实际证据。到目前为止，从观测中获得的信息仅限于有关相对论能量较高的粒子的信息。在这项研究中，我们关注刚刚被冲击波加速的低能准相对论粒子，并探索此类粒子的辐射以确定单个超新星遗迹加速的宇宙射线总量。阐明粒子注入冲击波加速的过程。今年，和往年一样，我们利用X射线天文卫星的数据来寻找中性铁发射线和准相对论粒子发射的非热阴极辐射。结果，虽然我们没有成功探测到它们，但我们还是获得了同步辐射成分和热辐射成分的结果，并将其汇编成论文发表。此外，迄今为止获得的成果已在国际会议（特邀讲座）和日本天文学会上发表。为了为今后的中性铁发射线探测做准备，我们对即将发射的XRISM卫星的观测结果进行了估算，并制定了观测计划。对于非热轫致辐射，在 10 keV 以上的硬 X 射线波段进行高灵敏度观测至关重要。这项研究表明现有的NuSTAR卫星缺乏灵敏度，本财年我们已准备开发一种传感器，其灵敏度将超过NuSTAR卫星。

项目成果

Max-Planck-Institut fuer Kernphysik(ドイツ)

马克斯普朗克核物理学研究所（德国）

Recent X-ray Observations of Ia Supernova Remnants and Their Implications for Progenitor Systems

最近 Ia 超新星遗迹的 X 射线观测及其对祖系统的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Okuno Tomoyuki;Tanaka Takaaki;Uchida Hiroyuki;Aharonian Felix A.;Uchiyama Yasunobu;Tsuru Takeshi Go;Matsuda Masamune;Takaaki Tanaka;Takaaki Tanaka
• 通讯作者: Takaaki Tanaka

Charge Exchange X-Ray Emission Detected in Multiple Shells of Supernova Remnant G296.1-0.5

在超新星遗迹 G296.1-0.5 的多个壳中检测到电荷交换 X 射线发射

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac738f
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Tanaka Yukiko;Uchida Hiroyuki;Tanaka Takaaki;Amano Yuki;Koshiba Yosuke;Go Tsuru Takeshi;Sano Hidetoshi;Fukui Yasuo
• 通讯作者: Fukui Yasuo

Discovery of Year-scale Time Variability from Thermal X-Ray Emission in Tycho’s Supernova Remnant

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac94cf
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: M. Matsuda;H. Uchida;Takaaki Tanaka;H. Yamaguchi;T. Tsuru

NASA's Goddard Space Flight Center(米国)

NASA 戈达德太空飞行中心（美国）